廖晶晶，張鳳鳴

(1.葫蘆島市氣象局，遼寧 葫蘆島 125000； 2.朝陽(yáng)市氣象局，遼寧 朝陽(yáng) 122000)

1 資料與方法

1.1 資料

本研究以葫蘆島地區(qū)1964—2011年月平均日照、各季節(jié)平均日照和逐年平均日照相關(guān)資料為理論基礎(chǔ)，一年四季劃分標(biāo)準(zhǔn)如下：春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)、冬季(12—2月)。

1.2 方法

1.2.1 線性傾向估計(jì)

在對(duì)氣象要素資料序列進(jìn)行趨勢(shì)分析時(shí)，最常用的方法是線性傾向估計(jì)法[1-2]。在這種方法中，用yi表示n個(gè)樣本在階段內(nèi)的氣候變量，而xi就代表研究觀察的時(shí)間，利用上述理論可以建立xi與ti之間的一元線性回歸：

yi=a+bxi，i=1，2，…，n。

b在該線性回歸中表示氣候變量y在階段內(nèi)的變化走向，如果b>0，就表示時(shí)間x與y之間存在正比關(guān)系，b又可以被稱為趨勢(shì)變化率，它的得出途徑是最小二乘法，即10b表示氣候變化率，其單位為：h·10 a-1。此時(shí)還可以通過(guò)計(jì)算得出r值，并將其結(jié)果進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

1.2.2 累積距平法

累積距平[2]是利用目標(biāo)曲線形態(tài)觀察變化趨勢(shì)及其走向的一種方法。序列x在某時(shí)刻的累積距平的表示方法:

本文利用累積距平圖觀察階段內(nèi)目標(biāo)數(shù)值的變化趨勢(shì)及其未來(lái)走向，累積距平曲線呈上升狀態(tài)時(shí)，我們可認(rèn)為氣象要素偏高(多)，而曲線呈下降狀態(tài)時(shí)則表示此時(shí)的氣象要素偏低(少)。

1.2.3 Mann-Kendall法

Mann-Kendall法(簡(jiǎn)稱為M-K法)是用途極廣的一種突變檢驗(yàn)法，其主要用于氣候和徑流趨勢(shì)突變分析，利用這種方法得出的分析結(jié)果精度極高，算法簡(jiǎn)便，并且可以明確突變開始的時(shí)間，其具體算法如下：

將樣本量為n的時(shí)間序列利用該分析法構(gòu)造成一秩序列Sk：

式中，Sk是表示時(shí)刻i大于時(shí)刻j時(shí)刻個(gè)數(shù)的累計(jì)總數(shù)，假設(shè)時(shí)間序列為獨(dú)立且隨機(jī)的定量，此時(shí)定義統(tǒng)計(jì)值UFk：

其中UF=0，E(Sk)和var(Sk)表示Sk階段內(nèi)的平均值和方差，所有的UF值可組成一條顯示其變化走向和趨勢(shì)的UF曲線，本研究利用M-K法可同時(shí)得出2個(gè)準(zhǔn)確時(shí)間點(diǎn)，即時(shí)間序列的突變初始時(shí)間和上升下降趨勢(shì)明顯發(fā)生變化的時(shí)間。

2 日照的年、季變化特征

2.1 年代際變化

由圖1得出，葫蘆島市區(qū)年代間日照時(shí)數(shù)變化顯著。日照時(shí)數(shù)從20世紀(jì)60年代開始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而60年代期平均日照時(shí)數(shù)的最大值為2 870.5 h，60年代至80年代的平均日照時(shí)數(shù)則逐漸減少，90年代該數(shù)值略有上浮，2001—2011年的平均日照時(shí)數(shù)達(dá)到史上最低點(diǎn)(2 504.7 h)。

2.2 年平均日照變化特征

葫蘆島市區(qū)48年平均日照時(shí)數(shù)為2 621.5 h。圖2顯示，葫蘆島在近48年間的市區(qū)日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)總體下降趨勢(shì)，氣象傾向率為-85.6 h·a-1，減少趨勢(shì)符合0.001顯著性檢驗(yàn)的要求?？傮w上，60年代到70年代的葫蘆島市區(qū)日照時(shí)數(shù)最多，80年代大幅減少，90年代有小幅回升，之后一直呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。從日照年變化情況來(lái)看，最高值出現(xiàn)在1968年，為3 037.1 h；最低值出現(xiàn)在2010年，為2 217.2 h，最高值與最低值相差819.9 h。由此可見，日照時(shí)數(shù)的年際變化差異性很大。

圖1 葫蘆島市區(qū)各年代平均日照時(shí)數(shù)

圖2 葫蘆島市區(qū)年日照時(shí)數(shù)變化曲線特征和線性趨勢(shì)

2.3 季節(jié)日照變化特征

進(jìn)一步分析葫蘆島市區(qū)日照時(shí)數(shù)的季節(jié)變化走向，圖3顯示，葫蘆島在48年中的四季日照時(shí)數(shù)變化狀況和年日照時(shí)數(shù)變化狀況大體一致，均為平穩(wěn)減少。表1顯示，夏秋兩季日照時(shí)數(shù)變化情況與0.001顯著性檢驗(yàn)要求相符，春季日照時(shí)數(shù)變化狀況則與0.01的顯著性檢驗(yàn)要求相符，但是冬季日照時(shí)數(shù)變化狀況與0.05的顯著性檢驗(yàn)要求不符，而且由于各個(gè)季節(jié)的溫度特性差異較大，所以導(dǎo)致春季、夏季和秋季的平均日照時(shí)數(shù)變化遠(yuǎn)大于冬季平均日照時(shí)數(shù)變化。春、夏、秋、冬四季的氣候傾向率分別為-20.224、-34.714、-22.641、-9.363 h·10 a-1，表明夏季平均日照時(shí)數(shù)在48年間的變化最大，而冬季平均日照時(shí)數(shù)最小。四季中夏季的平均日照時(shí)數(shù)在近48年間的變化幅度最大，其中變化最為顯著的年份是1968年，858.4 h；最少年份為1996年，475.8 h，相差382.6 h。春和冬季次之，分別為277.1 h和210.9 h，而秋季最小為183.5 h。

表1 葫蘆島市線性傾向估計(jì)值 h·10 a-1

注：***通過(guò)0.001信度，**通過(guò)0.01信度，*通過(guò)0.10信度。

3 日照的突變性和階段性

本文旨在利用M-K法得出葫蘆島市區(qū)日照的精確突變時(shí)間和階段內(nèi)日照變化趨勢(shì)和走向，然后利用累積距平曲線圖得出日照時(shí)數(shù)變化的階段特征，圖4為表現(xiàn)葫蘆島市區(qū)各年和和季節(jié)日照變化趨勢(shì)的M-K檢驗(yàn)曲線圖：其中的虛線為0.05的顯著水平線，具體數(shù)值為±1.96。

圖3 葫蘆島市區(qū)四季日照時(shí)數(shù)變化曲線特征和線性趨勢(shì)

圖4 葫蘆島市區(qū)年和各季日照時(shí)數(shù)M-K法檢驗(yàn)曲線

圖4表明，葫蘆島市區(qū)日照時(shí)數(shù)突變年份在1979年。1981年又出現(xiàn)了日照時(shí)數(shù)明顯下降的情況，已超過(guò)0.05的顯著水平線；而春季日照時(shí)數(shù)在1976年發(fā)生顯著突變，1981年超過(guò)0.05顯著水平線，以后呈現(xiàn)出更加明顯的下降趨勢(shì)；夏季日照時(shí)數(shù)在1984年發(fā)生突變，1986年超過(guò)0.05顯著水平線，下降趨勢(shì)顯著；秋季日照時(shí)數(shù)1980年發(fā)生突變，1981年超過(guò)0.05顯著水平線，下降趨勢(shì)顯著；冬季日照時(shí)數(shù)沒有發(fā)生突變，雖有下降趨勢(shì)，但是不顯著。

從圖5可以看出，葫蘆島市區(qū)年、春季和冬季日照時(shí)數(shù)1964—1978年處于偏高階段，1979—2011年處于偏低階段；夏季和秋季日照時(shí)數(shù)1964—1983年處于偏高階段，1984—2011年略有下降。利用線性傾向估計(jì)、M-K法和累積距平對(duì)葫蘆島市區(qū)全年和各季節(jié)日照時(shí)數(shù)變化的研究結(jié)果沒有太大差別，三種方法的檢測(cè)結(jié)果均顯示年、春、夏和秋季日照時(shí)數(shù)顯著下降，冬季日照時(shí)數(shù)下降不顯著。

圖5 葫蘆島市區(qū)年和四季日照時(shí)數(shù)累積距平

4 小結(jié)

近48年來(lái)，葫蘆島市區(qū)年、春、夏和秋季的日照時(shí)數(shù)都具有明顯的下降趨勢(shì)，且都與0.001的信度檢測(cè)要求相符合，冬季的日照時(shí)數(shù)變化并不明顯。用Mann-Kendall檢驗(yàn)法對(duì)葫蘆島進(jìn)行年和四季日照時(shí)數(shù)變化的突變檢測(cè)，結(jié)果為年和春季日照時(shí)數(shù)1979年左右發(fā)生突變，夏季和秋季分別在1980年和1984年發(fā)生突變，冬季沒有發(fā)生突變。通過(guò)Mann-Kendall檢驗(yàn)法和累積距平得出葫蘆島市區(qū)年和春、夏、秋季日照時(shí)數(shù)20世紀(jì)80年代初超過(guò)0.05顯著水平線，下降趨勢(shì)顯著。冬季日照時(shí)數(shù)沒有發(fā)生突變，有下降趨勢(shì)，但不顯著。

[1] 徐宗學(xué)，隋彩虹．黃河流域平均氣溫變化趨勢(shì)分析[J]．氣象，2005，31(11)：7-16．

[2] 魏鳳英．現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M]．北京：氣象出版社，1999：37-40，4344，63-66．